污泥加鈣干化工藝的生產性應用

■宋樂群 ■浙江衢州水業集團有限公司，浙江 衢州 324000

1 污泥加鈣干化工藝原理

隨著我國污水處理廠的逐步增多與污水處理技術的發展，污水在處理過程中產生的污泥也在逐步增多，目前，很多污水廠仍然將污泥隨意外運，簡單填埋或堆放，這些廢棄物有機物含量和含水率都很高，容易腐爛發臭，給環境造成了破壞。污泥處理處置雖然有很多途徑，如熱干化、堆肥、焚燒等，但其基礎投資及運行成本較高，同時還產生具有較大污染性的副產物，如二噁英等。而通過加鈣實現污泥干化、固化及殺菌的工藝，在相比之下具有投資小、見效快、處理效果穩定等特點，更加適合于經濟欠發達地區中小型水廠及消化后污泥的進一步處理。

污泥石灰穩定干化技術是一種運用添加劑對城市污水處理廠污泥進行干燥、穩定化和資源化處理的方法。采用含生石灰發熱劑，通過污泥高效干燥系統對有機酸腐污泥進行干燥、脫水、改性后，向穩定化無機材料轉化。干化后的污泥渣可以替代水泥原料中的石灰石，實現污泥的資源化，并解決污泥處理過程中的二次污染問題。另外，根據氫氧化鈣脫水變成氧化鈣這一原理，處理物經高溫煅燒后，添加劑可回收反復使用，實現了原材料的循環使用。

加鈣干化的基本原理為:

將污泥與細石灰均勻混合，石灰與污泥中所含的水分發生如下反應:

1kgCaO+0.32kgH2→O1.32kgCa(OH)2+1177kJ

根據這一反應，每投加1公斤的氧化鈣有0.32公斤的水被結合成為氫氧化鈣，反應所生成的熱可蒸發約0.5公斤的水。生石灰與水反應生產氫氧化鈣后，會繼續與污泥中的其他物質發生進一步的反應，如生成物氫氧化鈣與CO2的反應:

這一反應會進一步增加固體物的總量、發熱蒸發一部分水，進而增加處理后污泥的含固量。另外 CaO、Ca(OH)2還可以與定形硅酸(SiO2)或者氧化鋁(Al2O3)發生反應。通過以上這些主要化學反應，會產生如下效果:由于堿性物質Ca(OH)2的作用致使污泥中的pH值增高，由于反應放熱導致污泥溫度升高，反應生成物中結合了游離水，同時由于放熱反應，一部分游離的水被蒸發。最終結果是:(1)進一步脫水，由含水率80%－85%脫水到60%以下(依生石灰投加量而定);(2)殺菌，溫度和pH的升高可以起到殺菌的作用，從而保證在利用或處置過程中的衛生安全性;(3)鈍化重金屬離子，投加一定量的氧化鈣使污泥成堿性，可以結合污泥中的部分金屬離子形成無害的化合物達到鈍化重金屬離子的效果;(4)改性、顆粒化，從而改善儲存和運輸條件，避免二次飛灰、滲濾液泄漏;(5)半干化、固化，從而顯著降低含水率，便于不同的再利用或者填埋。

2 衢州市污水處理廠污泥加鈣項目情況介紹

2.1 污泥加鈣干化技術工藝流程

衢州市污水處理廠設計能力為14萬噸/日，一次規劃，分期實施。其中，一期工程設計能力為5萬噸/日，2003年建成投產，現已運行10年時間;二期5萬噸/日擴建工程今年已投入運行，市污水處理廠可達到10萬噸/日的處理能力。污泥產量約為49噸/日，每日運行8小時，即每小時產泥約為6噸左右(含水率為70% －85%)。本廠采用石灰穩定干化法對污水處理廠脫水污泥進行干燥，工藝流程如圖1。

圖1 污泥處理工藝流程簡圖

污泥處理工藝流程:帶式壓濾機脫水后含水率約為75－82%的脫水污泥，經進泥無軸螺旋輸送機和污泥稱重螺旋經計量后進到混合反應器，同時，生石灰從儲料罐中經通過輸送機精密投加至混合反應器，兩者充分混合后進入回轉式干燥器進行干化脫水，成品污泥通過鏈板式輸送機輸出后在應急堆放場堆放晾曬或直接裝車外運，根據不同的用途運往不同的目的地。在進泥無軸螺旋輸送器上開口并增設事故閘板閥和事故螺旋(利舊)。反應為連續反應，可根據污泥脫水機的運行時間進行安排系統運行方式。

2.2 污泥加鈣穩定干化系統的調試情況

通過工藝調試，處理濕污泥量(含水率為70% －85%)約165噸，消耗石灰約46噸，其調試結果如下:

(1)污泥加鈣干化系統各項指標基本達到廠家的設計要求，出泥的含水率基本實現60%以下，每小時處理濕污泥能力基本能控制在5t左右，各調試目標均已達到。

(2)經過調試，污泥加鈣穩定干化系統在保證干化污泥出泥質量的情況下，濕污泥最大處理量為6.5t/h，超過設計要求。

(3)在濕污泥量進泥量為5.5t/h左右，含水率維持在80%左右，石灰投加量對污泥干化含水率的影響及石灰精密投加電機頻率對污泥含水率的影響分別如圖2所示:

圖2 石灰投加量對濕污泥含水率的影響

(4)濕污泥進泥量在5.5－6.5t/h時，石灰精密投加螺旋的頻率應維持在50HZ，石灰投加比維持在32%左右;濕污泥進泥量在4.5－5.5t/h時，石灰精密投加螺旋的頻率應維持在45HZ，石灰投加比維持在29%左右;濕污泥進泥量小于4.5t/h時，石灰精密投加螺旋的頻率可適當調整。

(5)污泥經加鈣干化后，通過研究干化污泥的堆放天數對含水率的影響得到以下結論:在溫度為30℃左右，濕度為70%左右的條件下，含水率在50.54%的干化污泥在堆放1天后，其含水率降至36.02%。可見加鈣干化污泥經堆置可進一步有效降低含水率。

(6)加鈣干化污泥在水中溶解度。污泥呈泥土狀，放置于燒杯內基本不溶于水。原因為加鈣污泥內Ca(OH)2進一步轉化為CaCO3。不但降低污泥的含水率，同時也改變污泥的物理特性，增加污泥強度。污泥加鈣干化后，室內放置2日后100g水中溶解度為0.055克，屬于難溶物質。隨堆置時間增加，溶解度繼續減小，1周后達到最高值。

3 加鈣干化污泥的處置

根據衢州地區目前的實際情況，安全填埋為污泥處置的主要途徑。加鈣干化污泥《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋泥質》已符合與垃圾混合填埋的相關要求。但在實際操作中發現，未經室內放置的加鈣干化污泥黏性較大，直接送至填埋場易造成推土機履帶打滑。而經室內放置的加鈣干化污泥，含水率低于45%，物理特性與泥土接近并難溶于水。其泥質已符合《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋泥質》做覆蓋土的要求。并且泥土呈堿性，可有效中和垃圾填埋場目前偏酸性的滲濾液。因此可以與垃圾混合填埋或作為垃圾填埋場覆蓋土。如作為覆蓋土，可達到污泥資源化利用的目的，并降低最終的處置成本。

4 小結

污泥石灰處理是歐洲北美最早應用的脫水污泥進一步處理工藝，主要目的是滿足污泥運輸、處置過程中的衛生學要求，并對污泥無害化、穩定化。于此同時實現粘稠污泥的干化與固化。

我廠實際生產性應用顯示，石灰干化污泥工藝對我廠污泥干化具有可行性，污泥通過加鈣干化，其含水率大大降低，大大減小了污泥的體積，處理后污泥性能得到改善，污泥可以達到無害化、穩定化效果，易于儲存和運輸，該技術路線投資省、運行費用低。建議開展加鈣干化污泥作為垃圾填埋場覆蓋土的相關工作。同時積極探索其它污泥資源化利用的途徑。

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